CN103239791B - 一种心血管介入手术中的实时导管介入信息测量装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种心血管介入手术中的实时导管介入信息测量装置。所述信息测量装置包括六维力传感器、直线光栅尺和角度光电编码器，手术中的导管穿过所述六维力传感器，并通过夹紧装置与所述六维力传感器的受力端夹紧连接；当操作人员通过夹持轴操作所述导管与血管壁接触时，通过所述六维力传感器实时测量所述导管与血管壁间的阻力和阻力矩；当操作人员通过夹持轴操作所述导管沿轴向转动时，利用所述角度光电编码器实时测量转角；当操作人员通过夹持轴操作所述导管前进或后退时，所述读数头会记数光栅脉冲数，实时测量位移。信息测量装置能实现对手术过程中的信息监控，提高手术安全性，并为评价虚拟介入手术培训系统提供量化数据。

Description

一种心血管介入手术中的实时导管介入信息测量装置

技术领域

本发明涉及医疗器械技术领域，尤其涉及一种心血管介入手术中的实时导管介入信息测量装置。

背景技术

目前，医疗过程中的微创介入手术以其不开刀、创伤小、恢复快、效果好的特点而成为目前医院临床治疗的主要手段，心血管微创介入手术的操作过程是：首先医生在病人大腿或者身体其他部位开一个小口，然后医生把导丝、导管等从此处的血管进入，然后医生用手把它们一边旋转、一边送入，凭手感和经验到达需要治疗的部位，由于细长而柔软的微创介入导管，大大降低了医生对手术器械与人体组织的相互作用力的感受，增加了手术的危险性。

在上述医生送入导管、导丝的过程中，导丝导管存在两个自由度，一个是旋转，一个是向前向后的推进运动，我们需要在这两个自由度上进行各种信息的测量，包括力和力矩的测量，以及位移和旋转角度的测量，从而对手术过程进行监控，但现有技术方案对导丝导管介入过程中信息测量的研究很少，现有技术方案中缺乏有效的手段和装置来测量导管介入过程中的各种信息。

发明内容

本发明的目的是提供一种心血管介入手术中的实时导管介入信息测量装置，能够实现对手术过程中的信息监控，提高手术安全性；同时还可以通过获得经验丰富医师的手术操作信息，为虚拟心血管介入手术培训系统提供定量评价标准。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的，一种心血管介入手术中的实时导管介入信息测量装置，所述信息测量装置包括六维力传感器、直线光栅尺和角度光电编码器，其中：

所述六维力传感器为中空，由固定端和受力端组成，手术中的导管穿过所述六维力传感器，并通过夹紧装置与所述六维力传感器的受力端夹紧连接；

所述六维力传感器的固定端与操作人员所夹持的轴连接，且所述导管、所述六维力传感器和操作人员所夹持的轴的轴线是共线的，当操作人员通过夹持轴操作所述导管与血管壁接触时，通过所述六维力传感器实时测量所述导管与血管壁间的阻力和阻力矩；

操作人员所夹持的轴由轴承座和所述角度光电编码器支撑，该轴承座与所述角度光电编码器的光电码盘固定在直线导轨的滑块上，当操作人员通过夹持轴操作所述导管沿轴向转动时，利用所述角度光电编码器实时测量转角；

所述直线光栅尺的读数头设置在所述直线导轨的滑块上，所述直线光栅尺的光栅设置在固定于桌面的支撑板侧壁上，当操作人员通过夹持轴操作所述导管前进或后退时，所述读数头会记数光栅脉冲数，实时测量位移。

所述夹紧装置具体包括具有压缩张开夹爪结构的弹性夹头母端，以及弹性夹头公端，其中：利用所述弹性夹头公端的内螺纹与所述弹性夹头母端的外螺纹配合拧紧，压缩所述弹性夹头母端的夹爪以夹紧所述导管和所述六维力传感器的受力端。

所述信息测量装置还包括：用于固定导管位置的机械手；当操作人员通过夹持轴操作所述导管到一定位置时，利用所述机械手将所述导管的位置固定，并松开所述夹紧装置使所述信息测量装置与所述导管分离，后撤整个信息测量装置，为下一步推进所述导管做准备。

所述信息测量装置利用所述直线导轨使所述角度光电编码器、所述六维力传感器和所述导管共轴线，实现在操作时平行直线前进或后退，且所述直线导轨上的两滑块通过一个联接板固联。

由上述本发明提供的技术方案可以看出，所述信息测量装置包括六维力传感器、直线光栅尺和角度光电编码器，所述六维力传感器为中空，由固定端和受力端组成，手术中的导管穿过所述六维力传感器，并通过夹紧装置与所述六维力传感器的受力端夹紧连接；所述六维力传感器的固定端与操作人员所夹持的轴连接，且所述导管、所述六维力传感器和操作人员所夹持的轴的轴线是共线的，当操作人员通过夹持轴操作所述导管与血管壁接触时，通过所述六维力传感器实时测量所述导管与血管壁间的阻力和阻力矩；操作人员所夹持的轴由轴承座和所述角度光电编码器支撑，该轴承座与所述角度光电编码器的光电码盘固定在直线导轨的滑块上，当操作人员通过夹持轴操作所述导管沿轴向转动时，利用所述角度光电编码器实时测量转角；所述直线光栅尺的读数头设置在所述直线导轨的滑块上，所述直线光栅尺的光栅设置在固定于桌面的支撑板侧壁上，当操作人员通过夹持轴操作所述导管前进或后退时，所述读数头会记数光栅脉冲数，实时测量位移。信息测量装置不但能够实现对手术过程中的信息监控，提高手术安全性；同时还可以通过获得经验丰富医师的手术操作信息，为虚拟心血管介入手术培训系统提供定量评价标准。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，获得的其它附图均属于本发明的保护范围。

图1为本发明实施例提供的心血管介入手术中的信息测量装置的结构示意图；

图2为本发明实施例所述夹紧装置弹性夹头母端的结构示意图；

图3为本发明实施例所述夹紧装置弹性夹头公端的结构示意图；

图4为本发明实施例所述夹紧装置的弹性夹头装配示意图；

图5为本发明实施例所举实例中直线光栅尺测量位移的示意图；

图6为本发明实施例应用所述机械手操作的示意图。

具体实施方式

下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。

下面将结合附图对本发明实施例作进一步地详细描述，如图1所示为本发明实施例提供的心血管介入手术中的信息测量装置的结构示意图，图1中的信息测量装置包括部件：直线光栅尺1，角度光电编码器2，操作中空轴3（即操作人员所夹持的轴），轴承座4，六维力传感器5，夹紧装置6，导管7，基板8，直线导轨9，联接板10等，上述测量装置进行测量的核心部件为六维力传感器5、直线光栅尺1和角度光电编码器2，其中：

所述六维力传感器5为中空，由固定端和受力端组成，手术中的导管7穿过所述六维力传感器5，并通过夹紧装置6与所述六维力传感器5的受力端夹紧连接；所述六维力传感器的固定端与操作人员所夹持的轴（即图1中的操作中空轴3）连接，且所述导管7、所述六维力传感器5和操作中空轴3的轴线是共线的，这样操作人员夹持轴移动时，就能带动导管7和六维力传感器5同时移动；当操作人员通过夹持轴操作所述导管7与血管壁接触时，就可以通过所述六维力传感器5实时测量所述导管7与血管壁间的阻力和阻力矩。

具体实现中，夹紧装置6可以包括具有压缩张开夹爪结构的弹性夹头母端，以及弹性夹头公端，如图2所示为本发明实施例所述夹紧装置弹性夹头母端的结构示意图，如图3所示为本发明实施例所述夹紧装置弹性夹头公端的结构示意图，如图4所示为本发明实施例所述夹紧装置的弹性夹头装配示意图，结合图2-图4：

利用所述弹性夹头公端的内螺纹与所述弹性夹头母端的外螺纹配合拧紧，压缩所述弹性夹头母端的夹爪以夹紧所述导管7和所述六维力传感器5的受力端，当拧开螺纹连接时，可以松开夹持。

在操作过程中，当操作人员夹持轴带动导管7推送一段行程后可以松开夹紧装置6，使整个信息测量装置与导管7分离，实现信息测量装置的后移，为下次推送做准备。

具体实现中，所述导管7受到轴向的外力和外力矩与所述六维力传感器5的Z轴受力和力矩相等，这样在操作人员通过夹持轴操作所述导管7前进后退或旋转时，所述六维力传感器5的受力端与所述导管7是夹紧状态，当所述导管7与血管壁接触时，可以通过所述六维力传感器5实时测量导管7与血管壁间的阻力和阻力矩。

图1中：操作中空轴3由轴承座4和所述角度光电编码器2支撑，该轴承座4与所述角度光电编码器2的光电码盘固定在直线导轨9的滑块上，当操作人员通过夹持轴操作所述导管7沿轴向转动时，就可以利用所述角度光电编码器2实时测量转角。具体来说，为了实现转角的测量，在转动副处设置一个中空的角度光电编码器2，角度光电编码器2的内孔与六维力传感器5的固定端固定，角度光电编码器2的外基座与滑块固定，这样当操作者操作导管沿轴向转动时，就可以实时测出转角。

直线光栅尺1的读数头设置在所述直线导轨9的滑块上，所述直线光栅尺1的光栅设置在固定于桌面（即图1中的基板8）的支撑板侧壁上，当操作人员通过夹持轴操作所述导管7前进或后退时，所述读数头会记数光栅脉冲数，从而实时测量位移。

举例来说，如图5所示为本发明实施例所举实例中直线光栅尺测量位移的示意图，图5中：在滑块上放置直线光栅尺的读数头，将直线光栅尺固定在桌面侧壁上，当信息测量装置在桌面上运动时，就可以实现直线位移的测量。

另外，为了更好的模拟传统手术操作过程，所述信息测量装置还可以包括用于固定导管位置的机械手设计；当操作人员通过夹持轴操作所述导管到一定位置比较接近病人时，利用所述机械手将所述导管的位置固定，并松开所述夹紧装置使所述信息测量装置与所述导管分离，后撤整个信息测量装置，为下一步推进所述导管做准备。如图6所示为本发明实施例应用所述机械手操作的示意图，图6中包括机械手61、六维力传感器的受力端62，六维力传感器的固定端63，导管64，手指65，具体的操作过程为：

1）初始位置时，打开机械手61，用六维力传感器的受力端62夹紧导管64；

2）手指65夹持六维力传感器的固定端63操作导管64前进后退或旋转，直到整个六维力传感器接近机械手61为止；

3）用机械手61夹紧导管64固定其在当前位置，通过夹紧装置松开六维力传感器与导管64；

4）回撤整个六维力传感器到起始位置，为下次推送做准备。

另外，所述信息测量装置利用所述直线导轨9使所述角度光电编码器2、所述六维力传感器5和所述导管7共轴线，实现在操作时平行直线前进或后退，且所述直线导轨9上的两滑块通过一个联接板10固联。

具体来说，为了保证角度光电编码器2、六维力传感器5和导管7共轴线，操作时能平行直线前进后退，故引入直线导轨滑块系统，就可以忽略摩擦力的影响，提高测量精度。

上述信息测量装置利用的主要材料为铝材质，主要结构特征为中空结构，与导管直接接触部位为夹持装置处，这些均考虑到医学实际使用中有利于医用消毒。

综上所述，本发明实施例所述的信息测量装置不但能够实现对手术过程中的信息监控，提高手术安全性；同时还可以通过获得经验丰富医师的手术操作信息，为虚拟心血管介入手术培训系统提供定量评价标准。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (4)

1.一种心血管介入手术中的实时导管介入信息测量装置，其特征在于，所述信息测量装置包括六维力传感器、直线光栅尺和角度光电编码器，其中：

所述六维力传感器为中空，由固定端和受力端组成，手术中的导管穿过所述六维力传感器，并通过夹紧装置与所述六维力传感器的受力端夹紧连接；

所述六维力传感器的固定端与操作人员所夹持的轴连接，且所述导管、所述六维力传感器和操作人员所夹持的轴的轴线是共线的，当操作人员通过所夹持的轴操作所述导管与血管壁接触时，通过所述六维力传感器实时测量所述导管与血管壁间的阻力和阻力矩；

操作人员所夹持的轴由轴承座和所述角度光电编码器支撑，该轴承座与所述角度光电编码器的光电码盘固定在直线导轨的滑块上，当操作人员通过所夹持的轴操作所述导管沿轴向转动时，利用所述角度光电编码器实时测量转角；

所述直线光栅尺的读数头设置在所述直线导轨的滑块上，所述直线光栅尺的光栅设置在固定于桌面的支撑板侧壁上，当操作人员通过所夹持的轴操作所述导管前进或后退时，所述读数头会记数光栅脉冲数，实时测量位移。

2.根据权利要求1所述心血管介入手术中的实时导管介入信息测量装置，其特征在于，所述夹紧装置具体包括具有压缩张开夹爪结构的弹性夹头母端，以及弹性夹头公端，其中：

利用所述弹性夹头公端的内螺纹与所述弹性夹头母端的外螺纹配合拧紧，压缩所述弹性夹头母端的夹爪结构以夹紧所述导管和所述六维力传感器的受力端。

3.根据权利要求1所述心血管介入手术中的实时导管介入信息测量装置，其特征在于，所述信息测量装置还包括：用于固定导管位置的机械手；当操作人员通过所夹持的轴操作所述导管到一定位置时，利用所述机械手将所述导管的位置固定，并松开所述夹紧装置使所述信息测量装置与所述导管分离，后撤整个信息测量装置，为下一步推进所述导管做准备。

4.根据权利要求1所述心血管介入手术中的实时导管介入信息测量装置，其特征在于，所述信息测量装置利用所述直线导轨使所述角度光电编码器、所述六维力传感器和所述导管共轴线，实现在操作时平行直线前进或后退，且所述直线导轨上的两滑块通过一个联接板固联。